15.2.1. Крупномасштабное замирание

Лекции по Теоретическим основам цифровой связи   

15. Каналы с замираниями

15.2.1. Крупномасштабное замирание

Для систем мобильной радиосвязи Окумура (Okumura) [4] выполнил некоторые первоначальные измерения потерь в тракте для большого числа высот антенн и расстояний покрытия. Хата (Hata) [5] придал данным Окумуры вид параметрических формул. Вообще, модели распространения как для комнатных, так и для наружных каналов показывают, что средние потери в тракте , как функция расстояния между передатчиком и приемником d, пропорциональны n-й степени d, выраженного в единицах эталонного расстояния d0. Математически это можно выразить следующим образом.

(15.5)

часто определяется в дцибеллах.

(15.6)

Эталонное расстояние d0 соответствует точке, размещенной в дальнем поле передающей антенны. Обычно значение d0 берется равным 1 км для крупных ячеек, 100 м — для микроячеек и 1 м — для комнатных каналов. Кроме того, оценивается (с помощью уравнения (15.1)) или измеряется Ls(d0). - это средние (по всему множеству различных местоположений) потери в тракте для данного значения d.

а) Суперпозиция мелкомасштабных и крупномасштабных замираний

б) Мелкомасштабное замирание относительно средней мощности

Рис. 15.3. Крупномасштабное и мелкомасштабное замирания

Если нарисовать график зависимости от d в логарифмическом масштабе обеих осей (для расстояний, больших d0), то получится прямая линия с наклоном, равным 10п. Показатель степени потерь в тракте п зависит от частоты, высоты антенны и среды распространения. В свободном пространстве, где распространение сигнала происходит согласно закону обратных квадратов (как описывается в разделе 5.3.1), п равно 2, что видно из уравнения (15.1). Если имеется эффект волновода (например, при распространении по улицам города), п может быть меньше 2. При наличии препятствий п больше. На рис. 15.4 показана зависимость потерь в тракте от расстояния, полученная при измерениях, проведенных в нескольких местах Германии [6]. Здесь потери в тракте измерялись относительно эталонного расстояния d0 = 100 м. Показана также линейная аппроксимация для разных значений показателя степени.

Расстояние между приемником и передатчиком (км)

Рис. 15.4. Потери в тракте в зависимости от расстояния, измеренные в нескольких городах Германии. (Источник: Seidel S. Y. et. al. "Path Loss, Scattering and Multipath Delay Statistics in Four European Cities of Digital Cellular and Microcellular Radiotelephone". IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol. 40, n. 4, pp. 721—730, November, 1991.)

Выражение (15.6) показывает средние потери в тракте и, следовательно, непригодно для описания конкретной конфигурации или пути распространения сигнала. Необходимо ввести отклонения от среднего значения, поскольку в различных местах среда может существенно влиять на работу системы, даже при одинаковом расположении передатчика и приемника. На рис. 15.4 показано, что разброс величины потерь в тракте может быть весьма большим. Измерения показали, что для любых значений d потери в тракте Lp являются случайной переменной, имеющей логарифмически нормальное распределение в окрестности среднего значения [7]. Таким образом, потери в тракте Lp можно выразить через , введя в уравнение (15.6) случайную переменную.

Lp(d) (дБ) = Ls(d0) (дБ) + 10 п lg(d/d0) + (дБ) (15.7)

Здесь обозначает случайную гауссову переменную с нулевым средним (в децибелах) со среднеквадратическим отклонением (также в децибелах). зависит от местоположения и расстояния. Поскольку и Lp(d) — это случайные переменные, то, если для вычисления потерь в тракте или энергетического резерва линии связи использовать уравнение (15.7), предварительно нужно выбрать какое-то определенное значение . Часто выбор этого значения основывается на измерениях (сделанных для большого числа взаимных размещений приемника и передатчика). Обычные значения - это 6-10 дБ или даже выше. Таким образом, для статистического описания потерь в тракте вследствие крупномасштабного замирания при произвольном расположении с определенным расстоянием между передатчиком и приемником будут необходимы такие параметры: 1) эталонное расстояние, 2) показатель степени потерь в тракте и 3) среднеквадратическое отклонение . (Имеется несколько хороших работ, касающихся измерения и оценки потерь в тракте при распространении для различных приложений и конфигураций [1, 5-9].)







© Банк лекций Siblec.ru
Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.